2010 Fiscal Year Annual Research Report
濡れた粉の動き-界面動力学とレオロジーを中心として-
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10J06017
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
江端 宏之 東京大学, 大学院・理学系研究科, 特別研究員(DC1)
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| Keywords | 濡れた粉体 / 複雑流体 / 界面の不安定性 / パターン形成 |
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| Research Abstract |
我々は垂直加振下のポテトスターチ懸濁液界面において、分裂する穴を発見した。自発的に分裂を繰り返すパターンは反応拡散系や化学反応系では発見されているが、複雑流体の系では初めての報告である。また、十分に加振強度が大きいと穴が高頻度で分裂と消滅を起こし、時空カオスを示す事が分かった。そこで我々は欠陥の乱流やグレイスコットモデルでの時空カオスの解析で使われている、確率的な解析方法を使い穴の個数のダイナミクスを解析した。この確率的な解析結果は本来全く異なる系である、反応拡散系における分裂するパターンの結果と類似しており、分裂するパターンの時空カオスが持つ普遍性が示唆されている。また、我々は安定な穴から分裂する穴への分岐現象も発見し、穴の変形と運動のモデルを作り穴の基本的なダイナミクスを説明することができた。以上のように、孤立パターンの分岐から乱流化までを実験的に統一的に研究することができた。
一方で垂直加振下の濃厚懸濁液に特徴的な界面の不安定性についての実験はいつくかあるが、理論的な研究はほとんどされていないのが現状である。そこで我々は,濃厚懸濁液に特徴的なレオロジーを考慮しながら流体の方程式から界面の方程式を導きだし、濃厚懸濁液の界面の不安定性のモデル化を行った。我々は懸濁液が容器との間でスリップをし、スリップが起こる臨界応力が加振と共に振動しているという仮定と薄膜近似を使い、垂直加振下で濃厚懸濁液界面が定常的に変形する現象のモデルを作った。これにより実験結果を良く説明することが出来、界面の不安定化における壁面上での境界条件の重要性を示した。
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